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Erfindungsgegenstand
sind eine Entlüftungsvorrichtung
und ein Kraftstoffbehälter
für ein Kraftfahrzeug
nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1
bzw. 2. Eine solche Entlüftungsvorrichtung
und ein solcher Kraftstoffbehälter
sind aus
DE 198 02
078 A1 bekannt.
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Bei
den Entlüftungsvorrichtungen
wird zwischen Vorrichtungen zur Füllentlüftung und Vorrichtungen zur
Betriebsentlüftung
unterschieden.
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Die
Betriebsentlüftung
dient zum Ausgleich von Druckunterschieden zwischen dem Innenraum des
Kraftstoffbehälters
und dessen Umgebung. Die Betriebsentlüftung umfasst im Allgemeinen
eine dampfdurchgängige
Leitung, die von einem höchsten Punkt
des Innenraums über
eine Drossel zu einem Aktivkohlefilter führt. Vom Kraftstoffbehälter ausgehende
Dämpfe
werden von dieser Leitung zum und durch das Aktivkohlefilter geleitet,
um anschließend in
die Fahrzeugumgebung ausgelassen zu werden.
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Füllentlüftungen
dienen zur Vermeidung einer Überfüllung des
Kraftstoffbehälters
beim Einfüllen
flüssigen
Kraftstoffs. Bei ihnen handelt es sich im Allgemeinen um ein in
einen Innenraum des Kraftstoffbehälters ragendes Rohr, das über eine
Leitung mit einem Einfüllrohr,
durch das der Kraftstoff in den Innenraum eingelassen wird, verbunden
ist und über das
vom eingefüllten
Kraftstoff verdrängte
Luft aus dem Kraftstoffbehälter
entweicht. Wenn dieses Rohr durch einen im Innenraum ansteigenden
Kraftstoffpegel verschlossen wird, wird Luft im Innenraum eingeschlossen
und kann nicht mehr entweichen. Als Folge davon steigt der Kraftstoffpegel
im Einfüllrohr an,
bis er eine in das Einfüllrohr
gesteckte Zapfpistole erreicht und diese daraufhin abschaltet. Nach
Abschalten der Zapfpistole erfolgt eine Entlüftung des Kraftstoffbehälters durch
die Betriebsentlüftung,
so dass der Kraftstoffpegel im Einfüllrohr langsam wieder absinkt.
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DE 198 02 078 A1 lehrt,
die Funktionen der Füllentlüftung und
der Betriebsentlüftung
in einer einheitlichen Entlüftungsvorrichtung
zu implementieren, indem ein Wegeventil, gesteuert durch die Verdrängung einer
im Eingangsbereich eines Einfüllrohrs schwenkbar
angebrachten Klappe durch eine in den Eingangsbereich eingeführte Zapfpistole,
zwischen einer Betriebsentlüftungs-
in eine Füllentlüftungsstellung
umgeschaltet wird.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffbehälter bzw.
eine Vorrichtung zu dessen Entlüftung
bereitzustellen, die es erlauben, die Füll- und Betriebsentlüftungsfunktion
in einer einfacheren als der bekannten Vorrichtung zu implementieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Entlüftungsvorrichtung
bzw. einen Kraftstoffbehälter
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 gelöst, indem die Funktion des
herkömmlichen
Wegeventils von der schwenkbaren Klappe selbst übernommen wird.
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Gelangt
im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs flüssiger Kraftstoff in die dampfdurchgängige Leitung,
so wird er durch die Leitung in den Eingangsbereich des Einfüllrohrs
geführt.
Da sich dieser Eingangsbereich oberhalb des Innenraums des Kraftstoffbehälters befindet,
fließt
der Kraftstoff von dort durch das Einfüllrohr wieder zurück in den
Innenraum. Der Eingangsbereich des Einfüllrohrs übernimmt so die Aufgabe des
herkömmlichen
Ausperlbehälters.
Durch dessen Wegfall wird die Entlüftungsvorrichtung bzw. der
Kraftstoffbehälter
gemäß der Erfindung
besonders kompakt und kostengünstig.
Dabei ist durch die Drosselstelle sichergestellt, dass maximal zulässige Drücke im Kraftstoffbehälter – während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs oder auch beim stehenden Fahrzeug – nicht überschritten werden.
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Besonders
bevorzugt umfasst der Kraftstoffbehälter eine zweite dampfdurchgängige Leitung,
die den Innenraum mit dem Eingangsbereich des Einfüllrohres
verbindet, wobei die zweite Leitung unterhalb eines höchsten Punktes
des Innenraums, insbesondere über
einen im oberen Bereich des Innenraums in diesen ragenden Endabschnitt,
in den Innenraum mündet.
Diese zweite Leitung dient zur Füllentlüftung des
Kraftstoffbehälters.
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Besonders
vorteilhaft weist der Kraftstoffbehälter eine Entlüftungsleitung
auf, die den Eingangsbereich mit einer Fahrzeugumgebung verbindet. Durch
diese Entlüftungsleitung
können
durch die erste bzw. die zweite Leitung strömende Gase an die Fahrzeugumgebung
ausgeschieden werden.
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In
der Entlüftungsleitung
ist ganz besonders bevorzugt ein Aktivkohlefilter angeordnet, das
im Gas enthaltene Kohlenwasserstoffe an seiner Oberfläche bindet,
wodurch eine Schadstoffbelastung der Umwelt verringert wird.
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Ebenso
vorteilhaft ist ein in der Entlüftungsleitung
angeordnetes Druckregelventil, das einen frei wählbaren Öffnungsdruck hat, wodurch Gas
je nach Aufnahmekapazität
des Aktivkohlefilters durchgelassen werden kann.
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Gerade
bei Unfällen
muss eine Brandgefahr durch aus den Entlüftungsleitungen des Kraftstoffbehälters austretenden
Kraftstoff unter allen Umständen
vermieden werden. Daher ist besonders vorteilhaft für solche
Situationen, bei denen das Fahrzeug in Folge eines Unfalles eine
starke Schräglage
oder Überkopflage
einnimmt, ein Überrollventil
in der Entlüftungsleitung
angeordnet. Mit ihm wird eine Auslaufsicherheit bei einem Unfall
erreicht, bzw. es wird verhindert, dass Kraftstoff in die Aktivkohle
gelangt, wodurch die Aktivkohle geschädigt und ihre Aufnahmekapazität verringert
würde.
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Die
Schließwirkung
der Klappe muss nicht hermetisch sein; eine geringe Restdurchlässigkeit
ist nicht nur hinnehmbar, sondern sogar erwünscht.
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Dabei
ist besonders vorteilhaft die Drosselstelle an der Klappe ausgebildet.
Dadurch ist gewährleistet,
dass die erste Leitung auch dann, wenn auch in geringem Umfang,
mit dem Eingangsbereich kommunizieren kann, wenn sie während eines
Befüllens des
Innenraums von der Klappe verschlossen ist.
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Besonders
vorteilhaft ist auch eine Feder zum Beaufschlagen der Klappe mit
einer Vorspannung vorgesehen. Diese Vorspannung ist so gewählt, dass
die Klappe von der Feder in die erste Position gedrückt wird,
in der sie das Einfüllrohr
verschließt, so
dass eine zusätzliche
Sicherheit gegen das Austreten von Kraftstoff erreicht wird.
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Der
erfindungsgemäße Kraftstoffbehälter kann
auch eine Mehrzahl erster dampfdurchgängiger Leitungen umfassen,
so dass es sich bei der Entlüftungsvorrichtung
um eine Zwei- oder Mehrlinienentlüftung handeln kann.
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In
einem solchen Fall werden die dampfdurchgängigen Leitungen vorzugsweise
vor Erreichen der Drosselstelle zusammengeführt, so dass sie über dieselbe
Drosselstelle mit der Entlüftungsleitung
kommunizieren.
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Die
Erfindung soll nachfolgend an einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
erläutert werden.
Dabei zeigen die Figuren:
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1 einen
erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälter;
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2 den
erfindungsgemäßen Kraftstoffbehälter aus 1 während der
Befüllung;
und
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3 eine
abgewandelte Ausgestaltung des Kraftstoffbehälters.
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Ein
erfindungsgemäßer Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug
ist in 1 schematisch dargestellt. Der Kraftstoffbehälter weist
einen Innenraum 1 sowie ein Einfüllrohr 2 auf, dass
in den Innenraum 1 nahe an dessen Boden mündet. Im
Innenraum 1 befindet sich flüssiger Kraftstoff 3.
Ein Endabschnitt des Einfüllrohres 2 bildet
einen Eingangsbereich 4, der höher als der Innenraum 1 angeordnet
und, wenn der Behälter
nicht gerade befüllt
wird, von einem Tankdeckel 16 verschlossen ist. Von einer
höchsten
Stelle des Innenraums 1 führt eine dampfdurchgängige Leitung 5 zum
Eingangsbereich 4 und verbindet den Innenraum 1 mit
dem Eingangsbereich 4.
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Eine
weitere dampfdurchgängige
Leitung 7 führt
ebenfalls vom Innenraum 1 zum Einfüllrohr 2 und verbindet
den Innenraum 1 mit dem Einfüllrohr 2. Im Unterschied
zur ersten dampfdurchgängigen
Leitung 5 weist die zweite dampfdurchgängige Leitung 7 jedoch
einen in den Innenraum 1 ragenden Endabschnitt 8 auf,
so dass ihr Eingang niedriger als der der Leitung 5 liegt.
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Ferner
führt vom
Eingangsbereich 4 eine Entlüftungsleitung 9 zu
einem Außenbereich
des Fahrzeugs. In der Entlüftungsleitung 9 sind,
von innen nach außen,
der Reihe nach ein Druckventil 11, ein Überrollventil 12 und
ein Aktivkohlefilter 10 angeordnet.
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Im
Eingangsbereich 4 ist eine Klappe 13 zwischen
einer Stelle, an der die dampfdurchgängige Leitung 5 in
den Eingangsbereich 4 mündet
und einer Stelle, von der die Entlüftungsleitung 9 vom
Eingangsbereich 4 wegführt,
angeordnet. Die Klappe 13 ist um ein Drehgelenk 14 zwischen
einer in 1 gezeigten Position, in welcher
sie das Einfüllrohr 2 verschließt, und
einer in 2 gezeigten Position schwenkbar,
in der sie die erste Leitung 5 im Wesentlichen verschließt. Das
Drehgelenk 14 ist mit einer Feder versehen, welche die
Klappe 13 mit einer Vorspannung beaufschlagt, so dass sie
in Ruhe in der in 1 dargestellten Position gehalten
wird. Die Klappe 13 ist mit einer Düse 6 versehen, die
mit einer geringen Rate einen Gasaustausch zwischen dem Innenraum 1 und
der Umgebung über
die erste dampfdurchgängige
Leitung 5 und die Entlüftungsleitung 9 erlaubt.
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Die
dampfdurchgängige
Leitung 5 dient zur Entlüftung des Innenraums 1 des
Kraftstoffbehälters. Wie
zu sehen ist, ist der Innenraum 1 nicht vollständig mit
flüssigem
Kraftstoff 3 gefüllt.
Vielmehr findet sich ein über
einem Flüssigkeitspegel
des Kraftstoffes 3 gelegener Bereich des Innenraums 1,
in welchem sich Dämpfe
und Gase sammeln. Um keinen Überdruck
dieser Dämpfe
und Gase entstehen zu lassen, ist die dampfdurchgängige Leitung 5 vorgesehen, über welche
die Gase aus dem Innenraum 1 entweichen können. Von
der Leitung 5 werden die Gase in den Eingangsbereich 4 des
Einfüllrohrs 2 geführt, wo
sie durch die Düse 6 in
die Entlüftungsleitung 9 und
weiter durch das Aktivkohlefilter 10 in die äußere Umgebung
des Kraftfahrzeuges geleitet werden.
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Vom
Aktivkohlefilter 10 werden dabei in den Dämpfen befindliche
Kohlenwasserstoffe absorbiert und an einem Austreten in die Umwelt
gehindert. Dabei lässt
sich mit dem Drosselventil 11 die Menge der durch die Entlüftungsleitung 9 tretenden
Gase regeln, so dass die Menge der vom Aktivkohlefilter aufgenommenen
Kohlenwasserstoffe je nach Aufnahmekapazität des Filters eingestellt werden
kann.
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Für den Fall
eines Unfalls, bei dem sich das Kraftfahrzeug überschlägt und eine Überkopflage
annimmt, verhindert das Überrollventil 12 ein
Auslaufen des Kraftstoffs 3 bzw. ein Vordringen des Kraftstoffs 3 bis
zum Aktivkohlefilter 10.
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Falls
infolge extremer Fahrbedingungen z.B. durch starkes Beschleunigen,
starkes Abbremsen oder starke Querbeschleunigungen bei Kurvenfahrten
der Kraftstoff 3 in dem Innenraum 1 in heftige
Bewegung gerät
und in die dampfdurchgängige
Leitung 5 gelangt, wird dieser Kraftstoff 3 von
der Leitung 5 zum Einfüllrohr 2 geführt, in
dem er sofort wieder zum Innenraum 1 fließt. Im Gegensatz
zu bekannten Kraftstoffbehältern
ist es nicht notwendig, diesen Kraftstoff 3 in einem Ausperlbehälter aufzufangen, um
ihn anschließend
aus dem Ausperlbehälter
wieder dem Innenraum 1 zuzuführen. Infolge der erfindungsgemäßen Verbindung
des Innenraums 1 mit dem Einfüllrohr 2 durch die
Leitung 5 kann beim vorliegenden Kraftstoffbehälter vielmehr
auf einen solchen Ausperlbehälter
gänzlich
verzichtet werden, weil das Einfüllrohr 2 sowohl die
Aufgabe des Auffangens von in die Leitung 5 eingedrungenem
Kraftstoff 3 als auch dessen Rückführung zum Innenraum 1 übernimmt.
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2 zeigt
die Situation während
einem Befüllen
des Innenraums 1. Der Tankdeckel 16 ist entfernt
und gibt den Eingangsbereich 4 des Einfüllrohrs 2 frei. Eine
Zapfpistole 15 ist in diesen Eingangsbereich gesteckt.
Dabei wird die Klappe 13 entgegen der von der Feder ausgeübten Vorspannung
in die erste Position gedrückt,
in der die Düse 6 vor
der Mündung
der ersten dampfdurchgängigen
Leitung 5 in den Eingangsbereich 4 zu liegen kommt.
So ist der Leitwert der Leitung 5 in dieser Position der
Klappe 13 zwar reduziert, aber nicht Null.
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Wenn
mit der Zapfpistole 15 in das Einfüllrohr 2 Kraftstoff 3 eingelassen
wird, so wird so lange Luft aus dem Innenraum 1 über die
Leitung 7 verdrängt,
bis der Kraftstoffpegel den Eingang am Endabschnitt 8 der
dampfdurchgängigen
Leitung 7 erreicht. Wird weiterer Kraftstoff 3 eingefüllt, so
kann die Luft nicht mehr über
die Leitung 7 entweichen, und es bildet sich im Innenraum 1 oberhalb
des Kraftstoffpegels ein Überdruck,
der ein weiteres Ansteigen des Kraftstoffpegels verhindert. Dabei
ist der freie Durchmesser der Düse 6 mit
ca. 0,6 mm zu eng, um diesen Überdruck
rasch abbauen zu können.
Infolgedessen steigt nun der Kraftstoffpegel im Einfüllrohr 2 rasch
an, bis er die Zapfpistole 15 erreicht, die daraufhin automatisch
abschaltet.
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Nach
Entnahme der Zapfpistole 15 schwenkt die Klappe 13 zurück in die
erste Position, in der sie das Einfüllrohr 2 verschließt, und
die Verbindung zwischen der Leitung 5 und dem Eingangsbereich 4 freigibt,
und die Flüssigkeitspegel
im Innenraum 1 und im Einfüllrohr 2 gleichen
sich durch Überströmen von Luft über die
nun freie Leitung 5 zügig
aus.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffbehälters, der
in zwei voreinander unabhängigen
Aspekten gegenüber
dem Behälter
der 1 und 2 abgewandelt ist. Der erste
Aspekt betrifft die Form des Behälters.
Diese weist in 3 zwei voneinander getrennte,
lokal höchste
Punkte auf, denen jeweils eine Leitung 5 zum Einlassbereich 4 führt. Da
die durch einen Sattel 17 voneinander getrennten hochliegenden
Bereiche des Innenraums über
die Leitungen 5 auch dann kommunizieren, wenn der Kraftstoffpegel über dem
Sattel 17 liegt, genügt
eine einzige zweite dampfdurchgängige
Leitung 7, um beim Befüllen
verdrängte
Luft abzuleiten.
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Der
zweite Aspekt betrifft die Gestaltung des Eingangsbereichs 4 des
Einfüllrohrs 2.
Die Klappe 13 schließt
in ihrer in der Figur gezeigten ersten Stellung das Einfüllrohr 2 dicht.
Ein Tankdeckel an der Mündung
des Einfüllrohrs 2 kann
daher entfallen. Die Entlüftungsleitung 9 mündet über die
Drosselstelle 6 und das Druckregelventil 11 auf
den Eingangsbereich an der Innenseite der Klappe 13. Beim
Befüllen
legt sich die Klappe 13 vor die Mündungsöffnung der Leitung 5 in
den Eingangsbereich 4. Dabei kann sie diese Mündungsöffnung dicht
absperren; eine Restleckrate zwischen der Mündungsöffnung und der Klappe 13 ist
allerdings so lange nicht störend,
wie sie die Funktion der Leitung 7, den Kraftstoff im Einfüllrohr 2 hochzustauen,
wenn der Kraftstoffspiegel im Innenraum 1 den Eingang am
Endabschnitt 8 der Leitung 7 erreicht, nicht beeinträchtigt.
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- 1
- Innenraum
- 2
- Einfüllrohr
- 3
- Kraftstoff
- 4
- Eingangsbereich
- 5
- dampfdurchgängige Leitung
- 6
- Düse
- 7
- dampfdurchgängige Leitung
- 8
- Endabschnitt
- 9
- Entlüftungsleitung
- 10
- Aktivkohlefilter
- 11
- Druckregelventil
- 12
- Überrollventil
- 13
- Klappe
- 14
- Drehgelenk
- 15
- Zapfpistole
- 16
- Tankdeckel
- 17
- Sattel